Quy hoạch mạng 4g LTE và triển khai tại tỉnh chăm pa sắc, nước cộng hòa dân chủ nhân dân lào TT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - PARNKHAM LUANGCHANDAVONG QUY HOẠCH MẠNG 4G- LTE VÀ TRIỂN KHAI TẠI TỈNH CHĂM PA SẮC, NƯỚC CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 8.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2022 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Chiến Trinh Phản biện 1: TS Nguyễn Ngọc Minh Phản biện 2: TS Lê Hải Nam Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: 9h15 ngày 02 tháng 07 năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Với điều kiện Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào nói chung tỉnh Chăm Pa Sắc nói riêng sở hạ tầng viễn thông mà nhà mạng quản lý, việc nâng cấp triển khai bước mạng tự động nhằm mục đích tiến lên cơng nghiệp 4G hoàn toàn phù hợp Qua bước phát triển, ta tận dụng nguồn vật chất sẵn có, đồng thời tiếp cận cơng nghệ đại nhằm xây dựng mạng lưới thông tin di động đại, đáp ứng nhu cầu người dùng Đã có nhà mạng Unitell Lao Telecom triển khai sớm triển khai thành công, Unitell bắt đầu gấp rút chuẩn bị hồn tất cho việc triển khai cung cấp dịch vụ 4G Lào Hiện Lao Telecom hồn thành q trình thử nghiệm 4G có kết tốt Vì tất lý trên, học viên nhận thấy việc triển khai công nghệ 4G tỉnh Chămmpasắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào việc hoàn toàn cần thiết thiết thực, khơng nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu dịch vụ mà đáp ứng mà cịn cố gắng đưa vào áp dụng tỉnh Chăm Pa Sắc Qua triển khai cơng nghệ 4G tỉnh Chăm Pa Sắc.Kết hợp với tài liệu, kiến thức em tìm hiểu được, xuất phát từ vấn đề trên, em lựa chọn đề tài “Quy hoạch mạng 4G-LTE triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào” làm nội dung nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp Tổng quan vấn đề nghiên cứu Quy hoạch mạng LTE giống quy hoạch mạng 3G Ở hệ thống di động 4G, đường lên đường xuống bất đối xứng Do vậy, hai đường thiết lập giới hạn dung lượng vùng phủ sóng Việc tính tốn quỹ đường truyền phân tích nhiễu khơng phụ thuộc vào loại cơng nghệ sử dụng Mục đích pha định cỡ để ước lượng số lượng trạm cần sử dụng, cấu hình trạm số lượng phần tử mạng để dự báo giá thành đầu tư cho mạng tìm hiểu quỹ đường truyền LTE, mơ hình truyền sóng để phục vụ cho trình ước lượng số eNodeB mạng theo điều kiện tối ưu 1, số trạm eNodeB theo điều kiện tối ưu để từ ta định số eNodeB cần thiết cho vùng cần quy hoạch Các nghiên cứu nghiên cứu đặc điểm hệ thống thông tin di động 4G/LTE, xu hướng nghiên cứu, phát triển.và nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật sử dụng 4G/LTE, Mơ hình mạng thông tin di động 4G , Các giao thức giao diện vô tuyến LTE, Kỹ thuật đa anten LTE, Quản lý di động LTE Ở Cộng hịa dân chủ nhân dân Lào chưa có đề tài nghiên cứu sâu quy hoạch mạng 4G-LTE triển khai Do đề tài Quy hoạch mạng 4G-LTE triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hịa dân chủ nhân dân Lào em khơng trùng lặp Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chung xu hướng phát triển công nghệ 4G - Đề xuất áp dụng công nghệ 4G triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc, Lào Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ 4G - Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá công nghệ 4G, đề xuất áp dụng công nghệ 4G triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát nghiên cứu, tài liệu liên quan để thu thập thong tin sở lý thuyết từ nhiều nguồn ( tài liệu, sách giáo trình, Internet…) - Thu thập, phân tích liệu nhằm đánh giá thực trạng cơng nghệ thông tin tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hịa dân chủ nhân dân Lào Tổng hợp, phân tích, đánh giá, lựa chọn chuẩn công nghệ 4G phù hợp với điều kiện thực tế tổng hợp kết nghiên cứu để lựa chọn cách tiếp cận phù hợp với nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G – LTE 1.1 Giới thiệu công nghệ LTE Hệ thống 3GPP LTE, bước cần hướng tới hệ thống mạng không dây 3G dựa công nghệ di động GSM/UMTS, công nghệ tiềm cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) định nghĩa truyền thông di động hệ thứ IMT Advanced chia thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao di động tốc độ thấp 3GPP LTE hệ thống dùng cho di động tốc độ cao Ngồi ra, cịn cơng nghệ hệ thống tích hợp giới ứng dụng chuẩn 3GPP LTE chuẩn dịch vụ ứng dụng khác, người sử dụng dễ dàng thực gọi truyền liệu mạng LTE mạng GSM/GPRS UMTS dựa WCDMA  Các thông số lớp vật lý LTE: Bảng 1.1 Các thông số lớp vật lý LTE UL DTFS-OFDM (SC-FDMA) Kỹ thuật truy cập DL OFDMA 1.4MHz, MHz , MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 Băng thông MHz TTI tối thiểu 1ms Khoảng cách sóng mang 15KHz Ngắn 4.7µs Chiều dài CP Dài 16.7 µs Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM lớp cho UL/UE Ghép kênh không gian Lên đến lớp cho DL/UE Sử dụng MU-MIMO cho UL DL Bảng 1.2 Tốc độ đỉnh LTE theo lớp Lớp Tốc độ đỉnh Mbps DL 10 50 100 150 UL 25 50 50 Dung lượng cho chức lớp vật lý Băng thông RF 20MHz DL QPSK, 16QAM, 64QAM Điều chế UL QPSK, 16QAM, 64QAM 300 75 1.2 Mơ hình mạng thơng tin di động 4G/LTE 1.2.1 Tổng quan LTE (Long Term Evolution: phát triển dài hạn) tên dành cho tiêu chuẩnmới 3GPP phát để đáp ứng yêu cầu không ngừng tăng tốc độ số liệu để đáp ứng dịch vụ đa phương tiện IP LTE bước phát triển tiếp sau hệ thống 2G 3G để tiến đến cung cấp mức độ chất lượng tương tự mạng hữa tuyển Các mục tiêu thiết kế LTE bao gồm: Hệ thống phải hỗ trợ tốc độ đỉnh đường lên 100Mbps đường xuống 50Mbps băng thông 20 MHz hay tương đương với giá trị hiệu suất phổ tần đỉnh 5bps/Hz đường xuống 2,5bps/Hz đường lên Hệ thống tham chuẩn có anten UE cho đừơng xuống anten UE cho đường lên Di động lên đến 350km/giờ Sử dụng phổ linh hoạt, đồng tồn với công nghệ trước giảm độ phức tạp giá thành Các công nghệ quan trọng mạng truy nhập vô tuyến LTE làOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), an định tài nguyên động đa kích thứơc (thời gian, tần số) thích ứng đường truyền, truyền dẫn MIMO (Multiple Input Multiple Output), mã hóa turbo HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) với kết hợp mềm LTE sử dụng đa anten với công nghệ MIMO khác bao gồm SU- MIMO (Single-User MIMO: MIMO đơn người sử dụng), MU-MIMO (Multi-User MIMO: MIMO đa người sử dụng, tiền mã hóa cấp hạng vịng kín tạobúp dành riêng 1.2.2 Mơ hình mạng thơng tin di động 4G/LTE Phạm vi mạng 4G bao phủ tồn từ phần truyền dẫn vơ tuyến, truyền dẫn mạng lõi đến tận ứng dụng thiết bị đầu cuối Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc mạng 4G/LTE 1.3 Giao thức LTE (LTE Protocols) Ở LTE chức RLC chuyển vào eNodeB, chức PDCP với mã hóa chèn tiêu đề Vì vậy, giao thức liên quan lớp vô tuyến chia trước UTRAN NodeB RNC chuyển thành UE eNodeB Hình 1.2 Giao thức UTRAN Hình 1.3 Giao thức E-UTRAN Giao thức E-UTRAN phát triển thêm UTRAN cách thêm L1 MAC 6 Hình 1.4 Phân phối chức lớp MAC, RLC, PDCP 1.4 Các kỹ thuật sử dụng LTE 1.4.1 Kỹ thuật truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM Hình 1.5 Truyền đơn sóng mang Hình 1.6 Ngun lý FDMA Hình 1.7 Ngun lý đa sóng mang Kỹ thuật điều chế OFDM, bản, trường hợp đặc biệt phương pháp điều chế FDM, chia luồng liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp vùng tần số sử dụng, sóng mang (hay sóng mang phụ, sub-carrier) trực giao với Do vậy, phổ tín hiệu sóng mang phụ phép chồng lấn lên mà phía đầu thu khơi phục lại tín hiệu ban đầu Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn nhiều so với kĩ thuật điều chế thông thường 1.4.2 Kỹ thuật SC-FDMA Giống OFDMA, máy phát hệ thống SC-FDMA sử dụng tần số trực giao khác để phát ký hiệu thông tin [2] Hình 1.12 Thu phát SC-FDMA miền tần số Trong OFDM, biến đổi Fourier nhanh FFT dùng bên thu cho khối ký tự, đảo FFT bên phát Còn SC-FDMA sử dụng hai thuật toán bên phát bên thu 1.4.3 Kỹ thuật MIMO MIMO phần tất yếu LTE để đạt yêu cầu đầy tham vọng thông lượng hiệu sử dụng phổ MIMO cho phép sử dụng nhiều anten máy phát máy thu Với hướng DL, MIMO 2x2 (2 anten thiết bị phát, anten thiết bị thu) xem cấu hình bản, MIMO 4x4 đề cập đưa vào bảng đặc tả kỹ thuật chi tiết 8 Hiệu đạt tùy thuộc vào việc sử dụng MIMO Trong đó, kỹ thuật ghép kênh không gian (spatial multiplexing) phát phân tập (transmit diversity) đặc tính bật MIMO công nghệ LTE Trong hệ thống MIMO, phát gửi dòng liệu qua anten phát Các dịng liệu phát thơng qua ma trận kênh truyền bao gồm nhiều đường truyền anten phát anten thu Sau thu nhân vector tín hiệu từ anten thu, giải mã thành thơng tin gốc Đối với tuyến xuống, cấu hình hai anten trạm phát hai anten thu thiết bị đầu cuối di động cấu hình bản, cấu hình sử dụng bốn anten xem xét Đây cấu hình SU-MIMO, sử dụng kỹ thuật ghép kênh không gian với lợi kỹ thuật khác điều kiện băng thông sử dụng kỹ thuật điều chế tín hiệu, SU cho phép tăng tốc độ liệu (data rate) số lần số lượng anten phát 1.4.4 Mã hóa Turbo Để sửa bit bị lỗi thay đổi kênh nhiễu, mã hóa kênh sử dụng Với kênh chia sẻ hướng xuống LTE (DL-SCH), sử dụng mã hóa Turbo với tốc độ 1/3, theo sau so khớp tốc độ để thích ứng với tốc độ mã Trong khung chiều dài 1ms, hai từ mã mã hóa truyền [12] 1.4.5 Thích ứng đường truyền Thích ứng đường truyền giải vấn đề liên quan đến cách thiết lập thông số truyền dẫn đường truyền vô tuyến để xử lý thay đổi chất lượng đường truyền vơ tuyến Nó sử dụng điều chế thích nghi (Adaptive Modulation) Phương pháp cho phép hệ thống điều chỉnh nguyên lý điều chế tín hiệu theo tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) đường truyền vô tuyến Khi đường truyền vô tuyến có chất lượng cao, nguyên lý điều chế cao sử dụng làm tăng thêm dung lượng hệ thống [12] Hình 1.15 Điều chế thích nghi 1.4.6 Lập biểu phụ thuộc kênh Lập biểu phụ thuộc kênh giải vấn đề cách thức chia sẻ tài nguyên vô tuyến người sử dụng (các đầu cuối di động) khác hệ thống để đạt hiệu suất sử dụng tài nguyên tốt Lập biểu phụ thuộc kênh cho phép giảm thiểu lượng tài nguyên cần thiết cho người sử dụng, cho phép nhiều người sử dụng đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ 1.4.7 HARQ với kết hợp mềm HARQ với kết nối mềm sử dụng LTE, cho phép đầu cuối di động yêu cầu truyền lại nhanh chóng khối vận chuyển bị lỗi, cung cấp công cụ cho thích ứng tốc đồ ngầm định Giao thức bên nhiều xử lý hybrid ARQ dừng chờ (stopand-wait) song song Trong ARQ, đầu thu sử dụng mã phát lỗi để kiểm tra gói liệu có bị lỗi hay khơng Đầu phát thơng báo NAK ACK Nếu gói liệu bị lỗi có thơng báo NAK, gói truyền lại Kết luận chương Đã khái quát cấu trúc mạng 4G LTE, đặc tính kỹ thuật kỹ thuật sử dụng LTE Mạng LTE có ưu điểm vượt trội so với 3G tốc độ, thời gian trễ nhỏ, hiệu suất sử dụng phổ cao với việc sử dụng băng thông linh hoạt, cấu trúc đơn giản nên giá thành giảm Để tạo nên ưu điểm đó, LTE phối hợp nhiều kỹ thuật, đó, sử dụng kỹ thuật OFDMA đường xuống Các sóng mang trực giao với nhau, tiết kiệm băng thơng, tăng hiệu suất sử dụng phổ tần giảm nhiễu ISI 10 CHƯƠNG QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE 2.1 Giới thiệu định cỡ mạng vơ tuyến Hình 2.1 Tiến trình quy hoạch mạng vơ tuyến Hình 2.1 cho thấy việc thực quy hoạch mạng di động khơng dây vị trí định cỡ mạng tồn tiến trình Pha định cỡ mạng đưa ước tính mà sau sử dụng cho quy hoạch chi tiết mạng Khi mạng hồn thành kế hoạch mạng, thơng số tối ưu hóa tối đa để hệ thống đạt hiệu [5] Định cỡ mạng dựa tập hợp thông số đầu vào kết cung cấp có liên quan đến việc thiết lập thông số đầu vào Những thông sốnàybao gồm khu vực xem xét,dự kiến lưu lượng vàyêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) Định cỡ mạng cung cấp đánh giá yêu cầu cho sở mạng lưới Hình 2.2 Dự trữ tuyến mạng di động không dây Hình 2.2 cho thấy ví dụ điển hình dự trữ liên kết vô tuyến Ăng ten phát xạ điện từ theo hướng ăng - ten thu Lượng cơng suất đến phía thu phụ thuộc vào độ định hướng ăng ten phát mát mơi trường truyền sóng Trong hình 2.2 hai đường suy hao (đường màu xanh) suy hao nhà (đường màu hồng) 11 Tạp âm từ nguồn khác góp phần tín hiệu suy giảm Sau cộng trừ tất độ lợi suy hao, công suất thu thực tế tính tốn [5] 2.2 Tiến trình định cỡ mạng LTE Mục tiêu định cỡ mạng truy cậpmạngLTElàđể ước tínhmậtđộsiteu cầu vàcấu hình site chocáckhu vực quan tâm Ban đâu quy hoạch mạng truy nhập LTE bao gồm phân tích quỹ lượng trường truyền phân tích vùng phủ, ước tính dung lượng cell ước tính số lượng eNodeB, cổngtruy cập(MME/UPE) vàcấu hình phần cứng, cuối giao diện thiết bị khác khác Phầnnày tập trung vàocác vấn đềliên quan đếnđịnh cỡ mạng LTE 2.2.1 Đầu vào định cỡ mạng LTE Đầu vào định cỡ LTE phân chia thành ba loại: chất lượng, vùng phủ dung lượng liên quan đến đầu vào Chất lượng đầu vào liên quan bao gồm thông lượng cell trung bình khả rớt tham số khách hàng yêu cầu để cung cấp mức độ định dịch vụ cho người sử dụng Những đầu vào chuyển đổi trựctiếp thành thông số chất lượng dịch vụ (QoS) Đầu vào định cỡ LTE cho quy hoạch vùng phủ tương tự nhưcác đầu vào tương ứng cho mạng 3G UMTS Quỹ đường truyền (RLB) có tầm quan trọng trung tâm để kế hoạch vùng phủ LTE RLB đầu vào bao gồm công suất phát, hệ thống ăng ten phát ăng ten thu, số lượng ăng-ten sử dụng, độ lợi suy hao hệ thống thông thường, tài cell vàmơ hình truyền sóng Các thơng số quy hoạch dung lượng đầu vào cung cấpcácyêu cầuđược đáp ứng định cỡ mạng LTE Đầu vào quy hoạch dung lượng cung cấp số thuê bao hệ thống, nhu cầu dịch vụ mức độ sử dụng thuê bao Phổ sẵn có độ rộng băng thơng sử dụng hệ thống LTEcũng rấtquan trọng quy hoạch dung lượng LTE 2.2.2 Đầu định cỡ mạng LTE Mạng LTE định cỡ giúp nhóm mạng lõi LTE việc lên kế hoạch thiết kế mạng phù hợp để xác định số lượng truyền dẫn liên kết cần thiết giai đoạn khởi đầu mạng Kích thước cell đầu định cỡ mạng LTE Hai giá trị bán kính cell thu được, từ việc đánh giá vùng phủ thứ hai từ việc đánh giá dung lượng Giá trị nhỏ hai số thực kết cuối Bán kính tế bào sau sử dụng để xác định số lượng site 12 2.2.3 Tiến trình định cỡ mạng LTE Quá trình định cỡ mạng LTE bắt đầu với việc tính tốn quỹ đường truyền , sử dụng để xác định suy hoa đường truyền tối đa Kết bước phụ thuộc vào mơ hình truyền sóng sử dụng Ước tính kích thước cell thu bước này, dẫn đến kích thước tối đa cho phép site tế bào Thông số sử dụng để tính tốn số lượng cell khu vực quan tâm Do đó, thu ước tính sơ số eNB yêu cầu [5] Hình 2.3: Định cỡ mạng LTE 2.3 Quy hoạch vùng phủ 2.3.1 Quỹ đường truyền 2.3.1.1 Tính tốn quỹ đường lên cho LTE 2.3.1.2 Tính tốn quỹ đường xuống cho LTE 2.3.1.3 Ví dụ quỹ đường truyền  Ví dụ tính quỹ đường lên LTE cho 64kbps với máy thu trạm gốc hai anten[8] Bảng 2.1 Ví dụ quỹ đường lên LTE Máy phát (đầu cuối di động) Công suất phát (dBm) 24,0 PTxm Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gm Tổn hao phi + nối (dB) 0,0 Lfm Suy hao thể MS đường lên 0,0 Lbody (dB) Công suất phát xạ đẳng hướng 24,0 EIRPm = PTxm+ Gm - Lfm - Lbody tương đương (dBm) Máy thu (BS) Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 2,0 NF Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy -118,4 Ni=30+10lgk+10lg290K+10lg(360K 13 thu (dBm) Hz) Công suất tạp âm máy thu -16,4 N = Ni + NF (dBm) Dự trữ nhiễu (dB) 2,0 Mi Tổng tạp âm + giao thoa (dBm) -114,4 (N + I) (dBm) = N + Mi Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -7 SNRr , từ mô Độ nhạy máy thu (dBm) -121,4 Pmin= (N + I) (dBm) + SNRr Khuếch đại anten (dBi) 18,0 Gb Tổn hao phi + nối trạm gốc 2,0 Lf Khuếch đại MHA (dB) 2,0 GMHA Tổn hao đường truyền cực đại (dB) 163,4 Lmax=EIRPm-Pmin+Gb+GMHA-Lf  Ví dụ quỹ đường xuống LTE cho 1Mbps với máy thu trạm gốc hai anten[9] Bảng 2.2 Ví dụ quỹ đường xuống LTE Máy phát (trạm gốc) Công suất phát (dBm) 46,0 PTxb Khuếch đại anten (dBi) 18,0 Gb Tổn hao phi + nối 2,0 Lf Công suất phát xạ đẳng hướng 62,0 EIRPm = PTxm+ Gb - Lf tương đương (dBm) Máy thu (đầu cuối di động) Hệ số tạp âm máy thu (dB) 7,0 NF Công suất tạp âm nhiệt đầu vào -104,5 Ni=30+10lgk+10lg290K+10lg(9MHz) máy thu (dBm) Công suất tạp âm máy thu -97,5 N = Ni + NF (dBm) Dự trữ nhiễu (dB) 3,0 Mi Bổ sung nhiễu kênh điều khiển 1,0 Mcch Tổng tạp âm + giao thoa (dBm) -93,5 (N + I) (dBm) = N + Mi + Mcch Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -10 SNRr , từ mô Độ nhạy máy thu (dBm) -103,5 Pmin= (N + I) (dBm) + SNRr Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Gb Tổn hao phi + nối (dB) 0,0 Lfm Suy hao thể (dB) 0,0 Lbody Tổn hao đường truyền cực đại (dB) 165,5 Lmax=EIRPb - Pmin+ Gm - Lf - Lbody  Ví dụ so sánh quỹ đường truyền hệ thống Bảng 2.3 So sánh quỹ đường truyền lên hệ thống Đường lên GSM thoại Tốc độ liệu (kbps) 12 Máy phát (đầu cuối di động) Công suất phát (dBm) 33,0 Khuếch đại anten (dBi) 0,0 Suy hao thể MS đường lên (dB) 3,0 Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương 30,0 (dBm) HSPA LTE 64 64 23,0 0,0 0,0 23,0 23,0 0,0 0,0 23,0 14 Máy thu (BS) Hệ số tạp âm máy thu trạm gốc (dB) 2,0 2,0 Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) -119,7 -108,2 -118,4 Công suất tạp âm máy thu (dBm) -106,2 -116,4 Dự trữ nhiễu (dB) 0,0 3,0 1,0 Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -17,3 -7 Độ nhạy máy thu (dBm) -114,0 -123,4 -123,4 Khuếch đại anten (dBi) 18,0 18,0 18,0 Tổn hao phi + nối trạm gốc 0,0 0,0 0,0 Độ lợi chuyển giao mềm(dB) 0,0 2,0 0,0 Tổn hao đường truyền cực đại (dB) 162,0 161,1 163,4 Bảng 2.4 So sánh quỹ đường truyền xuống hệ thống Đường xuống Tốc độ liệu (kbps) GSM thoại 12,2 HSPA LTE 1024 1024 Máy phát (trạm gốc) Công suất phát (dBm) 44,5 46,0 46,0 Khuếch đại anten (dBi) 18,0 18,0 18,0 Tổn hao phi + nối 2,0 2,0 2,0 Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương 60,5 62,5 62,0 (dBm) Máy thu (đầu cuối di động) Hệ số tạp âm máy thu (dB) 7,0 7,0 Công suất tạp âm nhiệt đầu vào máy thu (dBm) -119,7 -108,2 -104,5 Công suất tạp âm máy thu (dBm) -101,2 -97,5 Dự trữ nhiễu (dB) 0,0 4,0 4,0 Tỷ số SNR yêu cầu (dB) -5,2 -9,0 Độ nhạy máy thu (dBm) -104,0 -106,4 -106,5 Khuếch đại anten (dBi) 0,0 0,0 0,0 Overhead kênh điều khiển (%) 0,0 20,0 20,0 Suy hao thể (dB) 3,0 0,0 0,0 Tổn hao đường truyền cực đại (dB) 161,5 163,4 163,5 Quỹ đường truyền cho ta thấy LTE triển khai sử dụng trạm có sẵn hệ thống GSM HSPA 2.3.2 Các mơ hình truyền sóng 2.3.2.1 Mơ hình Hata-Okumura Các biểu thức tốn học sử dụng mơ hình Hata-Okumura để xác định tổn hao trung bình L: Lp= A + Blgfc – 13,82lghb – a(hm) + (44,9 – 6,55lghb)lgr + Lother(dB) Trong đó: fc: tần số hoạt động (MHz) Lp: tổn hao trung bình (2.13) 15 hb: độ cao anten trạm gốc (m); hm:độcao anten trạm di động (m) r: bán kính cell (khoảng cách từ trạm gốc) (km) a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) Lother: hệ số hiệu chỉnh theo vùng 2.3.2.2 Mơ hình Walfish-Ikegami Mơ hình Walfisch-Ikegami dựa vào giả thiết truyền lan sóng truyền mái nhà q trình nhiễu xạ Các tịa nhà nằm đường thẳng máy phát máy thu Hình 2.4 Các tham số mơ hình Walfisch-Ikegami Các biểu thức sử dụng cho mơ hình sau: Lp= Lf + Lrts + Lmsd hay (2.19) Lp = Lf Lrts + Lmsd ≤ Trong đó: Lf : tổn hao không gian tự Lrts: nhiễu xạ mái nhà - phố tổn hao tán xạ Lmsd: tổn hao vật che chắn 2.3.3 Tính bán kính cell Trước tiên, dựa vào tham số quỹ đường truyền để xác định suy hao đường truyền tối đa cho phép Khi đó, dễ dàng tính bán kính cell biết mơ hình truyền sóng áp dụng với môi trường khảo sát (Lmax = Lp) Suy cơng thức tính bán kính cell sau: Rcell = 10(Lp - L)/X (2.25) LP = L’ + X *lgR (2.26) 16 CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MẠNG 4G- LTE CHO TỈNH CHĂM PA SẮC, NƯỚC CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO 3.1 Tình hình triển khai 4G - LTE tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào 3.1.1 Hiện trạng mạng thông tin di động tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào Tỉnh Chăm Pa sắc có nhà mạng cung cấp dịch vụ địa bàn,các nhà cung cấp mạng viễn thông khai trương nhiều đơn vị , gồm: - Nhà mạng LTC (Lao Telecommunications company) với 49% vốn công ty 51% nhà nước - Nhà mạng LTE (Telecommunications of Enterprise) với vốn 100% nhà nước - Nhà mạng UNITEL: Star Telecom(Viettel Global) với vốn công ty 49%, nhà nưới 51% *Nhà mạng Star Telecom(Unitel) liên doanh Viettel - Lao AsiaTelecom thức khai trương mạng viễn thông Unitel Lào vào ngày 16-10 – 2009 Qua thời gian chuẩn bị, tiến hành đầu tư mạng lưới mạng viễn thông Unitel lớn thị trường Lào tỉnh Chăm Pa sắc Các nhà cung cấp mạng viễn thông LTC, LTE, UNITEL Với đầy dủ loại dịch vụ điện thoại cố định, ADSL, FTTH, truyền số liệu, dịch vụ di động 2G, 3G Doanh thu hàng năm từ dịch vụ viễn thông công nghệ thông tin đem lại năm 2017 đạt khoảng 10 tỷ kíp tập trung chủ yếu dịch vụ di động 2G, 3G Tăng trưởng doanh thu từ dịch vụ viễn thông hàng năm đạt 20% Dự báo đến năm 2025 doanh thu Viễn thông cơng nghệ thơng tin tồn tỉnh Chăm Pa sắc đạt 70 tỷ kíp Trong tập trung chủ yếu vào dịch vụ di động 2G, 3G Bảng 3.1: Thông kê dịch vụ mạng viễn thông tỉnh Chăm Pa sắc năm 2021 Stt Tên nhà mạng Thuê bao LTC LTE UNITEL 12,504 7,496 17,709 Trạm thu phát sóng BTS 31 22 39 Tiền thu bình nhập/năm (Kip) 30,082,850,023 19,103,000,188 47,088,757,165 Dịch vụ khác 3G 3G 3G, 4G 17 3.1.2 Nhu cầu hướng phát triển từ 2G/3G lên 4G tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hịa dân chủ nhân dân Lào Việc phân tích nhu cầu thị trường, dự báo đến năm 2025 doanh thu từViễn thông công nghệ thông tin đạt 70 tỷ kíp Khi mà việc phát triển xã hội nhu cầu khách hàng cần đến dịch vụ 4G với tốc độ cao đáp ứng 3.1.3 Thực tiễn triển khai 4G LTE mạng Lao Telecomtại tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào Việc triển khai LTE thực số điểm hotspot trung tâm tỉnh/thành phố lớn (bao gồm Thành phố Viêng Chăn, Chămpasac, Savannakhet, Luangprabang), khu đô thị tập trung đông dân cư, có nhu cầu sử dụng dịch vụ liệu tốc độ cao Phần lưu lượng thoại chiếm tỷ trọng lớn trong năm tới phục vụ trạm 2G/3G vị trí với trạm LTE Các trạm LTE không thay hoàn toàn mà bổ trợ cung cấp dịch vụ 4G tốc độ cao đáp ứng nhu cầu nhóm khách hàng Trong giai đoạn tiếp theo, yêu cầu thị trường phát triển thiết bị đầu cuối, Lao Telecom mở rộng vùng phủ sóng 4G LTE khu vực lân cận Định hướng giúp Lao Telecom đầu tư dàn trải mà đáp ứng đầy đủ nhu cầu thị trường 3.2 Thuận lợi khó khăn triển khai 4G- LTE tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào 3.2.1 Thuận lợi - Góp phần tăng trưởng GDP nước - Tạo thêm nhiều công ăn việc làm 3.2.2 Khó khăn Cơng nghệ LTE khơng làm thiết bị tốn pin 3G 4G LTE triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc chưa tối ưu đó, thiết bị di động tốn pin nhiều kết nối 4G Việc phân bổ lại phổ tần số tạo thách thức 3.3 Quy hoạch mạng 4G LTE áp dụng tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào 3.3.1 Thu thập liệu (diện tích, dân số, số thuê bao…) - Thống kê vào năm 2021: Tỉnh Chăm Pa Sắc - Dân số: 702.452 người - Diện tích: 15.415 km - Số thuê bao: 85,709 thuê bao 18 - Số thuê bao phát sinh data (3G): 21,610 thuê bao - Tổng số trạm BTS 92, phủ sóng 140/147 chiếm 140 (làng), chiếm 95% - Tần số: 900 MHz 1800MHz - Băng thông: 20 MHz Diện tích tỉnh Chăm Pa Sắc 15.415 km2và với dân số 139.600 người, mật độ dân số 13 người/km2 theo thống kê năm 2021 Diện tích tồn tỉnh Chăm Pa Sắc có tất 15.415 km2, có thủ phủ Pakse 10 huyện (Bachiang, Champasak, Khong, Moonlapamok, Pakse, Paksong, Pathoomphone, Phonthong, Sanasomboon, Sukhuma) chia thành 924 làng có702.452 người, nữ 356.610; gồm 18 dân tộc dân tộc có đặt trưng riêng khác tiếng nói phong tục tập qn Diện tích tồn tỉnh Chăm Pa Sắc có tất 15.415 km2, có thủ phủ Pakse 10 huyện (Bachiang, Champasak, Khong, Moonlapamok, Pakse, Paksong, Pathoomphone, Phonthong, Sanasomboon, Sukhuma) chia thành 924 làng có702.452 người, nữ 356.610; gồm 18 dân tộc dân tộc có đặt trưng riêng khác tiếng nói phong tục tập quán Theo kế hoạch, tính đến cuối năm 2025 MobiFone đầu tư khoảng 150eNodeB (450 cell LTE) triển khai địa bàn tỉnh Chăm Pa Sắc Bảng 3.2: Quy hoạch số lượng eNode B LTE mạng mạng Lao Telecom Stt Mục Số lượng eNode B LTE Số lượng cell LTE Thêm 2023 15 60 Thêm 2024 60 180 Thêm 2025 150 450 (Nguồn: Đề án quy hoạch mạng mạng Lao Telecom tỉnh Chăm Pa Sắc giai đoạn 2021– 2025) 3.3.2 Quy hoạch vùng phủ Để quy hoạch vùng phủ cho mạng LTE, ta cần thông số quỹ đường truyền, mơ hình truyền sóng diện tích vùng cần phủ sóng, cụ thể dựa vào đề án quy hoạch mạng Lao Telecom tỉnh Chăm Pa Sắc giai goạn 2021– 2025 a) Quỹ đường truyền:  Quỹ đường lên Việc tính tốn quỹ đường truyền để suy tổn hao cực đại làm sở cho quy hoạch vùng phủ Quỹ đường truyền lên tính tốn cho tốc độ 64 kbps, tương ứng với tốc độ có số khối tài nguyên (RB) phát đi, tương ứng với có băng thông định Chẳng hạn, tốc độ 64 kbps đường lên có RB phát tương ứng với băng thơng 360 KHz Mbps đường xuống có 50 RB phát 19 băng thông tương ứng MHz b) Các mơ hình truyền sóng: c) Mơi trường truyền song nhà: Tham số Gía trị Đơn vị 1950 MHz Mơ hình tịa nhà (Đa tầng) Tần số Khoảng cách tham khảo Hệ số tổn hao 24,4 M Mũ tổn hao trung bình 5,22 dB Tần số 1950 MHz Hệ số tầng 24,4 dB Hệ số tường 10 dB Điểm gãy 65 M Hệ số suy hao tuyến tính 0,5 dB/m Mơ hình Motley – Keenan Số tầng Số tường Mơ hình nhà IMT2000 Tần số 1950 Số tầng d) Mơ hình truyền sóng ngồi trời: Tham số MHz Gía trị Đơn vị 1950 MHz Độ cao Antene 30 M Độ cao MS 1,5 M 1950 MHz Góc đến so với trục phố 90 Độ Khoảng cách tòa nhà 30 M Độ cao BS 30 M Đọ cao MS 1,5 M Độ cao nhà 30 M HATA OKUMURA Tần số WALFISCH EKEGAMI Tần số e) Quy hoạch vùng phủ LTE 20 Đây giao diện quy hoạch vùng phủ LTE Ta chọn môi trường truyền sóng để nhập thơng số, sau chọn quỹ đường truyền, nhập diện tích vùng cần phủ, mà cụ thể TP.HN với diện tích 3.344,7 km2, hệ số K, hệ số hệ số số sector đề cập chương Ở ta chọn K = 1.95 tương ứng với sector Kết tính số BS tổng số BS lớn hai trường hợp tính tốn cho quỹ đường lên cho quỹ đường xuống f) Quy hoạch dung lượng LTE Quy hoạch dung lượng điều kiện thứ hai để tính số trạm cần thiết để lắp đặt cho vùng cụ thể, tỉnh Chăm Pa Sắc Dựa dân số huyện tỉnh Chăm Pa Sắc liệt kê, với việc chọn tốc độ mã hóa điều chế (MCS), băng thông kênh truyền, kỹ thuật anten sử dụng ta tính tốn số trạm cần thiết lắp đặt T ính tốn tốc độ đỉnh tối đa mà LTE đạt băng thơng kênh truyền cụ thể Băng thông kênh truyền sử dụng phần mô bao gồm băng thông LTE: 1.4 MHz, MHz, MHz, 10 MHz, 20 MHz Các phương thức điều chế bao gồm QPSK, 16QAM, 64QAM với tốc độ mã hóa khác Các kỹ thuật anten sử dụng dòng đơn, 2x2 MIMO, 4x4 MIMO Trong giao phase năm 2023 Sẽ lắp 15 trạm 4G trang bị lắp vào sở hạ tầng sẵn có, với thứ tự ưu tiên khu vực trung tâm thành phố Chăm Pa Sắc, khu đông dân cư có lưu lượng 3G mức cao 3.4 Một số giải pháp triển khai 4G LTE tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào - Liên kết chặt chẽ với cơng ty cơng nghệ uy tín giới Qualcom, Huawei, ZTE, Ericsson, Cisco giúp chuyển giao công nghệ tiếp cận công nghệ - Tổ chức hội thảo với nước khu vực vấn đề nước quan tâm đến 4G định hướng phát triển công nghệ hạ tầng 4G, Triển khai đa dịch vụ tảng 4G - Báo cáo kết thử nghiệm số vấn đề cần ý lộ trình phát triển 4G đơn vị Bộ Công nghệvà Truyền thông Lào cấp phép 3.5 Kết luận chương Trong chương học viên nghiên cứu tình hình triển khai 4G giới tỉnh Chăm Pa Sắc.Các thuận lợi khó khăn, thách thức qua đề xuất số giải pháp triển khai 4G tỉnh Chăm Pa Sắc 21 4G chạy đua đòi hỏi nhà mạng phải hoàn nghiệm mà cấp phép nhằm rút ngắn khoảng cách thực tế lý thuyết Kết thử nghiệm nhà mạng cho thấy việc triển khai 4G LTE tỉnh Chăm Pa Sắcthành công Thời gian tới, để sớm mang công nghệ thị trường, nhà mạng cần hoàn thành kịch kinh doanh với dịch vụ hữu ích gồm liệu tốc độ cao dịch vụ: Truyền hình băng rộng tảng eMBMS, Video 4K, MobiTV, dịch vụ truyền hình Unicast Kết luận chương Chương trình bày cách quy hoạch mạng 4G - LTE triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Để xác định số eNodeB cần thiết lắp đặt cho vùng quy hoạch cụ thể, cần phải xác định số eNodeB theo vùng phủ số eNodeB theo dung lượng Từ hai kết này, ta lấy số eNodeB lớn số eNodeB cần thiết lắp đặt Để quy hoạch vùng phủ ta cần dựa vào quỹ đường truyền mơ hình truyền sóng cụ thể, kết hợp với diện tích vùng cần phủ sóng Quy hoạch dung lượng ta dựa vào MCS, băng thông số user ước lượng cho vùng cụ thể 22 KẾT LUẬN Tại Tỉnh Chăm Pa Sắc, Bộ Công nghệ Truyền thông Lào cấp phép thử nghiệm LTE cho hai nhà mạng Unitell Lao Telecom Theo lộ trình vạch từ năm 2022 Tỉnh Chăm Pa Sắc bắt đầu triển khai 4G LTE mạng di động nước Tính đến thời điểm nhà mạng lớn có Lao Telecom triển khai 4G LTE Làovà cung cấp chất lượng dịch vụ ổn định cho khách hàng Qua thời gian nghiên cứu tương đối ngắn đề tài “Quy hoạch mạng 4G - LTE triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hịa dân chủ nhân dân Lào” xem tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao, giúp kỹ sư, cán kỹ thuật làm việc trực tiếp mạng thông tin động Lao Telecom tra cứu hiểu rõ mạng 4G LTE để áp dụng cơng việc Đề xuất hướng nghiên cứu đề tài: Đề tài kết nghiên cứu tổng quan triển khai mạng 4G – LTE, trình triển khai tiếp tục phát triển đề tài triển khai vào thực tế công việc, báo cáo tổng kết rút kinh nghiệm, hoàn thiện thành tài liệu hoàn chỉnh có tính thực tiễn cao cho cán kỹ thuật mạng lưới Do thực thời gian ngắn, đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế phạm vi nghiên cứu, em mong nhận đóng góp thày cơ, bạn đồng nghiệp 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đình Chiến (2006), Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ 4G cho mạng di động Viettell mobile, Đề tài Khoa học công nghệ [2] Nguyễn Phạm Anh Dũng ( 2012), Giáo trình Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G, Nhà xuất Thông tin truyền thông [3] Nguyễn Văn Đức: Lý Thuyết Và Các Ứng Dụng Của Kỹ Thuật OFDM, Trong tuyển tập “Kỹ Thuật Thông Tin Số” tập 2, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Năm 2006 [4] Lê Tiến Hiệu (2012), Nghiên cứu triển khai mạng 4G-LTE/SEA Tỉnh Chăm Pa Sắc, Luận văn thạc sĩ, Học viện công nghệ bưu viễn thơng [5] Nguyễn Tiến Sang (2016), Nghiên cứu triển khai công nghệ cho mạng thông tin di động tập đồn bưu viễn thơng tỉnh Chăm Pa Sắc VNPT Tiếng Anh [6] Abdul Basit, Syed; Dimensioning of LTE Network;Helsinki University [7] Alcatel; 3GPP Long-Term Evolution / System Architecture Evolution Overview September 2006 [8] Alcatel; 3GPP Long-Term Evolution / System Architecture Evolution Overview September 2006 [9] Dr.Erik Dahlman; 3G long-term evolution; Expert Radio Access Technologies, Ericsson Research [10] Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia Siemens Netwworks, Filand; LTE for UMTS-OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access; John Wiley & Sons, Ltd [11] Harri Holma and Antti Toskala both of Nokia, Filand; WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE; John Wiley & Sons, Ltd 2007 [12] FAROOQ KHAN Telecom R&D Center Samsung Telecommunications, America;LTE for 4G Mobile Broadband Air Interface Technologies and performance; Cambridge University Press [13] Christian Mehlfuhrer, Martin Wrulich, Josep Colom Ikuno, Dagmar Bosanska, Markus Rupp; Simulation the long term evolution physical layer; Institute of Communications and Radio-Frequency EngineeringVienna University of Technology; Gusshausstrasse 25/389, A1040 Vienna, Austria [14] Stefania Sesia, Issam Toufik and Matthew Baker;LTE-The UMTS Long Term Evolution: From Theory to Practice; 2009 John Wiley & Sons, Ltd [15] Philip Solis Practice Director, Wireless Connectivity Aditya Kaul Senior Analyst, Mobile Networks Nadine Manjaro Associate Analyst Jake Saunders Vice President,Forecasting; Prospects for HSPA, LTE, and WiMAX; ABI research [16] Xiupei Zhang, Jangsu Kim, and Heung-Gyoon Ryu; Multi-Access Interference in LTE Uplink with Multiple Carrier Frequency Offsets; Department of Electronic Engineering  ... 3: QUY HOẠCH VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MẠNG 4G- LTE CHO TỈNH CHĂM PA SẮC, NƯỚC CỘNG HỊA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO 3.1 Tình hình triển khai 4G - LTE tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào. .. Do đề tài Quy hoạch mạng 4G- LTE triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào em không trùng lặp Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chung xu hướng phát triển công nghệ 4G - Đề xuất... 4G- LTE triển khai tỉnh Chăm Pa Sắc, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào? ?? làm nội dung nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp Tổng quan vấn đề nghiên cứu Quy hoạch mạng LTE giống quy hoạch mạng 3G